JP2005261148A

JP2005261148A - 消費電力低減回路及び消費電力低減方法

Info

Publication number: JP2005261148A
Application number: JP2004072220A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Uchibori; 滋内堀
Original assignee: NEC Saitama Ltd
Current assignee: NEC Saitama Ltd
Priority date: 2004-03-15
Filing date: 2004-03-15
Publication date: 2005-09-22
Anticipated expiration: 2024-03-15
Also published as: JP4125686B2

Abstract

【課題】無負荷状態でも消費電力を低減し、接続状態ではスイッチング動作を復帰させる消費電力低減回路及び消費電力低減方法の提供。
【解決手段】電流検出抵抗６及び検出手段１０と、検出手段１０の出力によって制御される第１伝達手段８と、起動用コンデンサ７と、起動用コンデンサ７の電圧によって制御される第２伝達手段９と、第１伝達手段８及び第２伝達手段９の状態に応じて切り替わるスイッチ手段３と、スイッチ手段３の状態に応じてスイッチング動作を制御するスイッチング制御回路５とを備え、ＡＣアダプタ１と装置１１との接続の有無により充電電流を検出してスイッチ手段３を切り替えることにより、無負荷状態ではスイッチング動作を停止させて消費電力を低減し、ＡＣアダプタ１に装置１１が接続された場合に、起動用コンデンサ７の電荷を第２伝達手段９に供給してスイッチング動作を復帰させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、消費電力低減回路及び消費電力低減方法に関し、特に、ＡＣアダプタ内に構成される消費電力低減回路及び該回路を用いた消費電力低減方法に関する。

家庭で使用する各種家電機器やＯＡ機器等の装置に直流電力を供給する電源装置として、商用ＡＣ電流を整流および平滑化して直流電流を生成し、この電流をスイッチング制御により負荷側装置に適合した電圧に変換するＡＣアダプタが広く用いられている。

このＡＣアダプタでは、負荷側装置が待機モードの場合や、負荷側装置がＡＣアダプタから切り離されている場合のような低負荷、無負荷時において電力消費を低減することが省電力化の面からきわめて重要である。特に、負荷側装置とＡＣアダプタとが切り離されているときには、ＡＣアダプタで消費される電力は全く無駄な電力となる。このような無駄な電力を低減するために、従来は、ＡＣアダプタのスイッチング発振の周期を変化させて間欠発振状態にし、消費電力を低減させるような消費電力低減回路が利用されていた（例えば、特開２０００−６９７４７号公報）。

上記公報では、ＡＣアダプタの２次側出力端子である負荷側の電圧を監視し、装置負荷が軽負荷に移行して出力電圧が高くなると、リレーコイルに励磁電流が流れて１次側のスイッチ回路のリレー接点がＯＦＦになり、１次回路が遮断されて動作が停止する。この１次回路の遮断により負荷側の電圧が低下すると、リレーコイルの励磁電流が遮断されて１次側のリレー接点がＯＮになり、１次回路が動作状態に復帰する。以上のリレー接点のＯＮ／ＯＦＦ動作を間欠的に繰り返すことにより、装置負荷が軽負荷あるいは無負荷のときには、ＡＣアダプタが常時動作することはなくなり、間欠的に動作を停止する期間だけ電力消費を削減することが可能となる。

特開２０００−６９７４７号公報（第２−３頁、第１図）

しかしながら、上記公報に記載されたＡＣアダプタの消費電力低減回路は、ＡＣアダプタと負荷側装置とが切り離されている状態でも間欠的にスイッチング動作を継続しているため、消費電力の低減には限界があり、更なる省電力化を図ることができないという問題があった。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、その第１の目的は、ＡＣアダプタの出力側が無負荷状態の場合の消費電力を低減することができる消費電力低減回路及び消費電力低減方法を提供することにある。

また、本発明の第２の目的は、ＡＣアダプタに装置が接続された場合にスイッチング動作を復帰させる処理をＡＣアダプタ内部で実現することができる消費電力低減回路及び消費電力低減方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の消費電力低減回路は、装置に電力を供給するトランスを備えるＡＣアダプタに構成される消費電力低減回路であって、前記トランスの２次側に接続される抵抗と、前記抵抗の両端の電圧を入力とする検出手段と、前記検出手段の出力により制御される第１の伝達手段と、前記トランスの２次側に接続されるコンデンサと、前記コンデンサに充電された電荷により制御される第２の伝達手段と、前記トランスの１次側に接続され、前記第１の伝達手段及び前記第２の伝達手段により切り替えが制御される第１のスイッチ手段と、前記第１のスイッチ手段の状態に応じて前記トランスのスイッチング動作を制御するスイッチング制御回路とを少なくとも備えるものである。

本発明においては、前記検出手段は、前記抵抗に電流が流れない時に出力がＨＩＧＨになるように動作し、前記第１の伝達手段は、前記検出手段の出力がＨＩＧＨの時に前記第１のスイッチ手段をＯＦＦにするように動作し、前記スイッチング制御回路は、前記第１のスイッチ手段がＯＦＦの時に前記トランスのスイッチング動作を停止させるように動作する構成とすることができ、また、前記第２の伝達手段は、前記装置と前記ＡＣアダプタとが接続され、前記装置内に予め設けられた経路を介して、前記コンデンサに充電された電荷が供給された時に、前記第１のスイッチ手段をＯＮにするように動作し、前記スイッチング制御回路は、前記第１のスイッチ手段がＯＮの時に前記トランスのスイッチング動作を復帰させるように動作する構成とすることもできる。

また、本発明においては、更に、前記コンデンサと前記第２の伝達回路との間に、前記検出回路の出力により制御される第２のスイッチ手段を備え、前記第２のスイッチ手段は、前記装置と前記ＡＣアダプタとが接続され、かつ、前記検出手段の出力がＨＩＧＨの時に前記コンデンサと前記第２の伝達回路とを接続するように動作する構成とすることもできる。

また、本発明においては、前記第１の伝達手段及び前記第２の伝達回路としてフォトカプラを用いることが好ましい。

また、本発明の消費電流低減方法は、装置に電力を供給するトランスを備えるＡＣアダプタの消費電力を低減する方法であって、前記トランスの２次側に流れる電流を抵抗と検出手段とを用いて検出し、前記検出手段の出力により制御される第１の伝達手段を用いて、前記トランスの１次側に接続される第１のスイッチ手段の切り替えを制御し、前記第１のスイッチ手段の状態に応じて前記トランスのスイッチング動作を制御するスイッチング制御回路を制御するものであり、前記検出手段を、前記抵抗に電流が流れない時に出力がＨＩＧＨになるように動作させ、前記第１の伝達手段を、前記検出手段の出力がＨＩＧＨの時に前記第１のスイッチ手段をＯＦＦにするように動作させ、前記スイッチング制御回路を、前記第１のスイッチ手段がＯＦＦの時に前記トランスのスイッチング動作を停止させるように動作させ、前記装置と前記ＡＣアダプタとが接続されていない時に、前記トランスのスイッチング動作を停止させることにより、該ＡＣアダプタの電力消費を低減することができる。

本発明においては、更に、前記トランスの２次側に接続されるコンデンサと、前記コンデンサに充電された電荷により制御される第２の伝達手段とを用いて、前記トランスの１次側に接続される第１のスイッチ手段の切り替えを制御し、前記第１のスイッチ手段の状態に応じて前記トランスのスイッチング動作を制御するスイッチング制御回路を制御することもでき、前記第２の伝達手段を、前記装置と前記ＡＣアダプタとが接続され、前記装置内に予め設けられた経路を介して、前記コンデンサに充電された電荷が供給された時に、前記第１のスイッチ手段をＯＮにするように動作させ、前記スイッチング制御回路を、前記第１のスイッチ手段がＯＮの時に前記トランスのスイッチング動作を復帰させるように動作させることもできる。

また、本発明においては、更に、前記コンデンサと前記第２の伝達回路との間に、前記検出回路の出力により制御される第２のスイッチ手段を設け、前記第２のスイッチ手段を、前記装置と前記ＡＣアダプタとが接続され、かつ、前記検出手段の出力がＨＩＧＨの時に前記コンデンサと前記第２の伝達回路とを接続するように動作させることもできる。

このように、本発明による消費電力低減回路は、抵抗と検出手段とを用いて出力側に流れる充電電流を検出し、検出手段の出力により制御される第１の伝達手段を用いて、充電電流が流れている時はＡＣアダプタをスイッチング動作させ、充電電流が流れていない時はＡＣＡＣアダプタのスイッチング動作を停止させる制御を行うことにより、無負荷状態の場合のＡＣアダプタの消費電力を低減させることができる。また、ＡＣアダプタ内にコンデンサを設け、装置内にコンデンサと該コンデンサに充電された電荷により制御される第２の伝達手段とを接続するための経路を設けることにより、ＡＣアダプタに装置が接続された場合にコンデンサに充電された電荷を用いてスイッチング動作を停止状態から復帰させることができる。

本発明の消費電力低減回路及び該回路を用いた消費電力低減方法によれば、下記記載の効果を奏する。

本発明の第１の効果は、ＡＣアダプタの出力側が無負荷状態の場合の消費電力を低減することができるということである。

その理由は、ＡＣアダプタの出力側に電流検出抵抗と検出手段とを設けて出力側に流れる充電電流を検出し、検出手段の出力により制御される第１伝達手段を設けて、充電電流が流れている時はＡＣアダプタをスイッチング動作させて出力に電力を供給し、充電電流が流れていない時はＡＣアダプタのスイッチング動作を停止させる制御を行うからである。

また、本発明の第２の効果は、スイッチング動作を停止状態から復帰させる処理をＡＣアダプタ内部で実現することができるということである。

その理由は、ＡＣアダプタ内に起動用コンデンサを設け、かつ、装置内に起動用コンデンサと該起動用コンデンサに充電された電荷により制御される第２伝達手段とを接続するための経路を形成することにより、ＡＣアダプタに装置が接続された場合に起動用コンデンサに充電された電荷を用いてスイッチング動作を復帰させることができるからである。

本発明の消費電力低減回路は、その好ましい一実施の形態において、ＡＣアダプタ内のトランスの出力側に設けられた電流検出抵抗及び検出手段と、検出手段の出力によって制御される第１伝達手段と、トランスの出力側に設けられた起動用コンデンサと、起動用コンデンサに充電された電荷によって制御される第２伝達手段と、第１伝達手段及び第２伝達手段の状態に応じて切り替わるスイッチ手段と、スイッチ手段の状態に応じてスイッチング動作を制御するスイッチング制御回路とを備えるものであり、ＡＣアダプタと装置との接続の有無により充電電流を検出し、スイッチング制御回路に電力を供給するスイッチ手段を切り替えることにより、無負荷状態においてスイッチング動作を停止させて消費電力を低減させることができる。また、ＡＣアダプタに装置が接続された場合に、起動用コンデンサの電荷を装置側に予め設けた経路を介して第２伝達手段に供給してスイッチ手段をＯＮにしてスイッチング動作を復帰させることができる。

上記した本発明の実施の形態についてさらに詳細に説明すべく、本発明の第１の実施例に係る消費電力低減回路及び消費電力低減方法について図１を参照して説明する。図１は、本実施例の消費電力低減回路の構成を示す回路図である。

図１に示すように、本実施例の消費電力低減回路は装置１１に接続されるＡＣアダプタ１内に構成され、ＡＣアダプタ１及び装置１１の各々には、ＡＣアダプタから充電電流を供給するための一対の電源供給端子と、ＡＣアダプタ１と装置１１とが接続された場合にスイッチング動作に復帰させるための経路を形成するための一対の接続端子とが設けられている。

また、消費電力低減回路を備えるＡＣアダプタ１は、入力されたＡＣ電流を整流、平滑化し、トランスの１次側に電流を供給する整流・平滑回路２と、該１次側の電流をスイッチング発振させる制御を行うスイッチング制御回路５と、スイッチング制御回路５に電力を供給するスイッチ手段３と、トランスの２次側に流れる電流を検出する電流検出用抵抗６及び検出手段１０と、検出手段１０の出力に応じて、充電電流が流れている時はスイッチ手段３に伝達せず、充電電流が流れていない時にスイッチ手段３に伝達する第１伝達手段８と、電荷を蓄積し装置接続時に装置内をバイパスして第２伝達手段９に電力を供給する起動用コンデンサ７と、スイッチング動作停止中に装置１１が接続されたことを伝達するための第２伝達手段９とを主な構成要素としている。また、スイッチ手段３は、サイリスタ３ａとトランジスタ３ｂとコンデンサ３ｃとにより構成され、第１伝達手段８及び第２伝達手段９はトランスの１次側の電源系と２次側の電源系とを分離させるためにフォトカプラーなどを用いて構成される。

また、装置１１には、ＡＣアダプタ１とのインターフェース部に充電電源回路１２と電池１３とが設けられ、上記一対の電源供給端子は充電制御回路１２に接続され、上記一対の接続端子は内部に形成された配線により連結されている。

上記構成のＡＣアダプタ１の動作について説明する。まず、ＡＣアダプタ１をコンセントに接続すると、スイッチ手段３内のコンデンサ３ｃの電位が上がるまでトランジスタ３ｂがＯＮになり、該スイッチ手段３内のサイリスタ３ａのゲートに信号が与えられてサイリスタ３ａがＯＮになる。サイリスタ３ａがＯＮになるとスイッチング制御回路５に電力が供給されてトランスの出力側に電圧が発生する。これにより起動用コンデンサ７に電荷が蓄積される。

この時、出力に装置１１が接続されていない場合は、電流検出抵抗６の両端に電圧が発生しないために検出手段１０の出力がＨＩＧＨになり、第１伝達手段８によりスイッチ手段３内のサイリスタ３ａのゲートがＧＮＤに接続される。これにより、サイリスタ３ａがＯＦＦになり、スイッチング制御回路５への電力供給が停止されてスイッチング動作が停止する。従って無負荷状態における消費電力が低減される。

また、スイッチング動作停止中にＡＣアダプタ１に装置１１が接続されると、起動用コンデンサ７から装置１１内を通って第２伝達手段９に接続される経路が形成され、起動用コンデンサ７に蓄積された電荷により第２伝達手段９に電流が流れてスイッチ手段３内のコンデンサ３ｃがＧＮＤに接続される。そして、該スイッチ手段３内のトランジスタ３ｂがＯＮになり、スイッチ手段３内のサイリスタ３ａのゲートに信号が与えられてサイリスタ３ａがＯＮになる。これにより、スイッチング制御回路５に電力が供給され、ＡＣアダプタ１が再起動して出力側に電圧を発生させる。従って、無負荷状態から装置１１が接続された場合に、ＡＣアダプタ１内に設けた回路によりスイッチング動作に復帰させることができる。

また、充電電流が流れない場合として充電完了状態もある。充電完了の場合は、検出手段１０の出力がＨＩＧＨになり、第１伝達手段８によりスイッチ手段３のサイリスタ３ａがＯＦＦになり、スイッチング動作が停止するまでの動作は上記説明と同じであるが、この場合はＡＣアダプタ１と装置１１とが接続されたままの状態であるため、起動用コンデンサ７の電荷により第２伝達手段９を通してスイッチ手段３が再度ＯＮになり、スイッチング動作が再開される。ただし、充電電流が流れていないため起動用コンデンサ７の放電が終了するとスイッチング動作が再度停止する。以上のように充電完了時はスイッチング動作の開始と停止とを繰り返す間欠動作となる。

このように、電流検出抵抗６と検出手段１０とを用いて装置１１側に流れる充電電流を検出し、検出手段１０の出力により制御される第１伝達手段８と第１伝達手段８の状態に応じて切り替わるスイッチ手段３とスイッチング制御回路５とを用いて、充電電流が流れている時はＡＣアダプタ１をスイッチング動作させて出力に電力を供給し、充電電流が流れていない時はＡＣアダプタ１のスイッチング動作を停止させることができ、無負荷状態におけるＡＣアダプタ１の消費電力を低減させることができる。また、ＡＣアダプタ１内に起動用コンデンサ７を設け、装置１１内に起動用コンデンサ７と該起動用コンデンサ７に充電された電荷により制御される第２伝達手段９とを接続する経路を形成することにより、起動用コンデンサ７に充電された電荷を用いて装置１１接続時にスイッチング動作に復帰させることができる。

次に、本発明の第２の実施例に係る消費電力低減回路及び消費電力低減方法について図２を参照して説明する。図２は、本実施例の消費電力低減回路の構成を示す回路図である。

図１に示す第１の実施例の回路は、装置１１を接続した状態で充電が完了すると充電電流が流れなくなることからＡＣアダプタ１のスイッチング動作は間欠動作になり、完全にスイッチング動作を停止させることができない。そこで本実施例では、装置接続状態で充電が完了したときにスイッチング動作を停止させ、消費電力を更に低減できるように回路を構成する。

具体的には、図２に示すように、本実施例のＡＣアダプタ１には、入力されたＡＣ電流を整流、平滑化し、トランスの１次側に電流を供給する整流・平滑回路２と、該１次側の電流をスイッチング発振させる制御を行うスイッチング制御回路５と、スイッチング制御回路５に電力を供給するスイッチ手段３と、トランスの２次側に流れる電流を検出する電流検出用抵抗６及び検出手段１０と、検出手段１０の出力に応じて、充電電流が流れている時はスイッチ手段３に伝達せず、充電電流が流れていない時にスイッチ手段３に伝達する第１伝達手段８と、電荷を蓄積し装置接続時に装置内をバイパスして第２伝達手段９に電力を供給する起動用コンデンサ７と、スイッチング動作停止中に装置１１が接続されたことを伝達するための第２伝達手段９とに加えて、更に、検出手段１０の出力により充電電流が流れているとき起動用コンデンサ７の電荷を第２伝達手段９に供給し、充電電流が流れていないときには起動用コンデンサ７の電荷を第２伝達手段９に供給しないように動作する第２スイッチ手段４が付加されている。

上記構成のＡＣアダプタ１の動作について説明すると、ＡＣアダプタ１に装置１１が接続されていない場合と装置１１が接続されており、かつ、充電が完了していない場合の動作は前記した第１の実施例と同様であるが、ＡＣアダプタ１に装置１１が接続され、かつ、充電完了時は、電流検出抵抗６に充電電流が流れなくなるため検出手段１０の出力がＨＩＧＨになり、第２スイッチ手段４がＯＦＦになって第２伝達手段９への信号が遮断される。一方、第１伝達手段８によりスイッチ手段３内のサイリスタ３ａのゲートがＧＮＤに接続されてＯＦＦになり、スイッチング制御回路５への電力供給が停止される。これにより充電完了時にはスイッチング動作が停止し、第１の実施例に比べて更に消費電力が低減される。

このように、第１の実施例の構成に加えて、検出手段１０の出力により、充電電流が流れているとき起動用コンデンサ７の電荷を第２伝達手段９に供給し、充電電流が流れていないときには起動用コンデンサ７の電荷を第２伝達手段９に供給しないように動作する第２スイッチ手段４を設けることによって、装置接続状態で充電が完了した場合でもスイッチング動作を停止させて消費電力の低減を図ることができる。

なお、上記実施例は本発明の消費電力低減回路の一例であり、スイッチ手段３、スイッチング制御回路５、２次側に接続される抵抗素子及び電荷蓄積素子、第１伝達手段８、第２伝達手段９、検出手段１０、必要に応じて第２スイッチ手段４を含んでいればよく、各々の手段の構成及び回路上の配置などは適宜設定することができ、また、上記手段以外の他の回路要素を含んでいてもよい。

本発明の第１の実施例に係る消費電力低減回路の構成を示す回路図である。本発明の第２の実施例に係る消費電力低減回路の構成を示す回路図である。

符号の説明

１ＡＣアダプタ
２整流・平滑回路
３スイッチ手段（第１スイッチ手段）
３ａサイリスタ
３ｂトランジスタ
３ｃコンデンサ
４第２スイッチ手段
５スイッチング制御回路
６電流検出抵抗
７起動用コンデンサ
８第１伝達手段
９第２伝達手段
１０検出手段
１１装置
１２充電制御回路
１３電池

Claims

装置に電力を供給するトランスを備えるＡＣアダプタに構成される消費電力低減回路であって、
前記トランスの２次側に接続される抵抗と、前記抵抗の両端の電圧を入力とする検出手段と、前記検出手段の出力により制御される第１の伝達手段と、前記トランスの２次側に接続されるコンデンサと、前記コンデンサに充電された電荷により制御される第２の伝達手段と、前記トランスの１次側に接続され、前記第１の伝達手段及び前記第２の伝達手段により切り替えが制御される第１のスイッチ手段と、前記第１のスイッチ手段の状態に応じて前記トランスのスイッチング動作を制御するスイッチング制御回路とを少なくとも備えることを特徴とする消費電流低減回路。
前記検出手段は、前記抵抗に電流が流れない時に出力がＨＩＧＨになるように動作し、
前記第１の伝達手段は、前記検出手段の出力がＨＩＧＨの時に前記第１のスイッチ手段をＯＦＦにするように動作し、
前記スイッチング制御回路は、前記第１のスイッチ手段がＯＦＦの時に前記トランスのスイッチング動作を停止させるように動作することを特徴とする請求項１記載の消費電力低減回路。
前記第２の伝達手段は、前記装置と前記ＡＣアダプタとが接続され、前記装置内に予め設けられた経路を介して、前記コンデンサに充電された電荷が供給された時に、前記第１のスイッチ手段をＯＮにするように動作し、
前記スイッチング制御回路は、前記第１のスイッチ手段がＯＮの時に前記トランスのスイッチング動作を復帰させるように動作することを特徴とする請求項１又は２に記載の消費電力低減回路。
更に、前記コンデンサと前記第２の伝達回路との間に、前記検出回路の出力により制御される第２のスイッチ手段を備え、
前記第２のスイッチ手段は、前記装置と前記ＡＣアダプタとが接続され、かつ、前記検出手段の出力がＨＩＧＨの時に前記コンデンサと前記第２の伝達回路とを接続するように動作することを特徴とする請求項２又は３に記載の消費電力低減回路。
前記第１の伝達手段及び前記第２の伝達回路としてフォトカプラを用いることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一に記載の消費電力低減回路。
装置に電力を供給するトランスを備えるＡＣアダプタの消費電力を低減する方法であって、
前記トランスの２次側に流れる電流を抵抗と検出手段とを用いて検出し、前記検出手段の出力により制御される第１の伝達手段を用いて、前記トランスの１次側に接続される第１のスイッチ手段の切り替えを制御し、前記第１のスイッチ手段の状態に応じて前記トランスのスイッチング動作を制御するスイッチング制御回路を制御することを特徴とする消費電流低減方法。
前記検出手段を、前記抵抗に電流が流れない時に出力がＨＩＧＨになるように動作させ、
前記第１の伝達手段を、前記検出手段の出力がＨＩＧＨの時に前記第１のスイッチ手段をＯＦＦにするように動作させ、
前記スイッチング制御回路を、前記第１のスイッチ手段がＯＦＦの時に前記トランスのスイッチング動作を停止させるように動作させ、
前記装置と前記ＡＣアダプタとが接続されていない時に、前記トランスのスイッチング動作を停止させることにより、該ＡＣアダプタの電力消費を低減することを特徴とする請求項６記載の消費電力低減方法。
更に、前記トランスの２次側に接続されるコンデンサと、前記コンデンサに充電された電荷により制御される第２の伝達手段とを用いて、前記トランスの１次側に接続される第１のスイッチ手段の切り替えを制御し、前記第１のスイッチ手段の状態に応じて前記トランスのスイッチング動作を制御するスイッチング制御回路を制御することを特徴とする請求項６又は７に記載の消費電流低減方法。
前記第２の伝達手段を、前記装置と前記ＡＣアダプタとが接続され、前記装置内に予め設けられた経路を介して、前記コンデンサに充電された電荷が供給された時に、前記第１のスイッチ手段をＯＮにするように動作させ、
前記スイッチング制御回路を、前記第１のスイッチ手段がＯＮの時に前記トランスのスイッチング動作を復帰させるように動作させることを特徴とする請求項８記載の消費電力低減方法。
更に、前記コンデンサと前記第２の伝達回路との間に、前記検出回路の出力により制御される第２のスイッチ手段を設け、
前記第２のスイッチ手段を、前記装置と前記ＡＣアダプタとが接続され、かつ、前記検出手段の出力がＨＩＧＨの時に前記コンデンサと前記第２の伝達回路とを接続するように動作させることを特徴とする請求項７乃至９のいずれか一に記載の消費電力低減方法。
前記第１の伝達手段及び前記第２の伝達回路としてフォトカプラを用いることを特徴とする請求項６乃至１０のいずれか一に記載の消費電力低減方法。